改善粒度級配提高寧東水煤漿的研究*

吉文欣，王麗瓊

（寧夏大學 能源化工重點實驗室，寧夏 銀川 750021）

我國是一個多煤少油的國家，煤炭在一次能源的生產和消費中占75%左右，隨著我國國民經濟的快速發展，我國對石油的需求量也逐年劇增。為此，我國將“以煤代油”列為一項基本能源政策，并明確將“水煤漿（CWS）技術開發”列為國家重點鼓勵發展的高新技術和產業，實行以煤代油具有深遠的戰略意義[1-4]。神華煤業集團寧東煤化工基地25萬t·a-1煤基甲醇項目，采用德士古水煤漿加壓氣化技術[5-7]，球磨機濕法磨煤制漿，工藝要求煤漿濃度≥60%，表觀粘度≤1500MPa·s，才能利于泵送、加壓氣化，并提高氣化效率；由于氣化爐采用液態排渣，要求原料煤的灰分含量不能超過13%，原料煤灰熔點≤1300℃。由于寧東地區主要煤質屬低變質年輕煤種，內水含量高，揮發份及灰分含量偏高，屬易磨難成漿煤種，制得的水煤漿濃度偏低（59%以下），限制甲醇產量，同時過量的水使煤耗增加，導致氣化裝置長期處于低水平、高負荷運轉，所以如何提高寧東地區水煤漿的濃度是當務之急。

高濃度水煤漿分散體系在某種意義上可看作是由各種粒度煤粉構成的粒子床，其孔隙度為0.4左右，當這些空隙被水完全填充時，水煤漿濃度可達65%。不論單煤還是配煤，采用合適的粒度級配，均可明顯提高成漿濃度。不同顆粒級配的煤制成的漿體都存在不同的濃度臨界值，超過這個臨界值，漿體的粘度急劇增大，流動性惡化；相同濃度水煤漿的粘度隨顆粒級配不同而有較大差異，合理的顆粒級配可使水煤漿粘度降低，流動性增強[8]。

結合甲醇廠主要原料煤——羊場灣煤煤質分析數據，通過實地考察寧東甲醇廠實際生產情況，采用干磨配煤的方法，考察不同級配條件對水煤漿的性能影響規律，制備出濃度在60%以上、粘度≤1500 MPa·s的適合德士古爐氣化工藝的寧東煤制高濃度水煤漿，為工業生產提供可靠的級配方案，以保證德士古氣化裝置長周期、滿負荷運轉。

1 實驗部分

選取寧東甲醇廠原料煤——羊場灣礦，采用干磨配煤的方法，用100×60型鄂式破碎機預破碎，然后在QQ4A/B型輕型球磨機上磨煤，制得煤粉經篩分后進行煤粒度級配。采用干法制漿，稱取已經配好的100g煤粉，倒入鋼杯中，用小燒杯準確量取一定量的添加劑（所有水煤漿均采用木質素磺酸鹽類具有較高性價比的添加劑），加入蒸餾水使其溶解，全部轉移到鋼杯中，用攪拌器在1200r·min-1的轉速下攪拌5min，制備水煤漿。水煤漿粘度的測定使用DV-1+PRO型數字式粘度計，選用3號轉子，轉速30r·min-1，測量時間30s，測量溫度25℃。最后稱取準確質量水煤漿，在105℃烘至質量不在改變，稱重，確定水煤漿質量百分比濃度。

2 結果與討論

現在寧東甲醇廠使用的原料煤來自羊場灣礦，該煤灰份（Aad）8.23（wt）%，內水（wad）8.30（wt）%，揮發份（Vad）27.94（wt）%，固定碳（FCad）55.04（wt）%，發熱量（Qb.ad）24.85kJ·g-1，可磨指數（HGI）72，灰熔點（DT=1210℃，ST=1220℃，FT=1230℃），反應活性（800℃時16.8%，900℃時45.1%，1000℃時70.1%，1100℃時95.2%），綜合比較來看，羊場灣礦煤灰份、內水含量不大，易磨，具有較高的氣化反應活性，適合于制備較高濃度德士古氣化爐用原料水煤漿。

2.1 不同粒徑煤的漿體粘度和穩定性

選用3種粒度組成不同的細煤粉制漿，粒度分別是35目以下、80目以下和200目以下，煤漿的濃度控制在61.0%，測定不同粒徑煤的漿體粘度和穩定性，見表1。

表1 不同粒徑煤的漿體粘度和穩定性Tab.1 Viscosity and stability of CWS of different sizes

由表1可見，當煤漿的質量分數相同時，煤粒度對水煤漿的粘度有巨大的影響，制漿所用煤的粒徑越小，漿體的粘度越高，穩定性也越好。但是全部采用200目以下煤粉制成的煤漿其粘度過大（2557.7 MP·s），超過了工藝要求上限，表明需要向漿體中加入粗粒子，以降低漿體的粘度，同時使煤粉具有緊密的堆積，進一步提高濃度，并使漿體保持一定的穩定性。

2.2 細顆粒對水煤漿性能的影響

表2 細粒子含量對的水煤漿粘度的影響Tab.2 Effect of percentage of small size to viscosity of CWS

對于寧東甲醇廠的德士古水煤漿加壓氣化工藝，原料水煤漿都是邊生產邊使用，基本上不存在長時間儲存和運輸的問題，所以對于該工藝，穩定性并不是最主要的技術參數，最重要的技術參數是煤漿的濃度和粘度，要求水煤漿濃度不低于60%，粘度低于1500MPa·s，由于原料水煤漿中的細顆粒含量對氣化效率有很大影響，一般要求200目以下細顆粒含量要在40%以上，才利于氣化，所以有必要考察200目以下的細粒子對水煤漿的影響（表2），控制煤漿濃度在61.0%，煤漿中其他粒度（80～200目，60～80目，35～60目）按 1∶1∶1的比例進行級配，改變200目以下細粒子的含量，發現200目以下細粒子對水煤漿的性能影響很大，隨其含量上升水煤漿的粘度上升很快。而當細粒子含量在50%和40%時，煤漿粘度都比較小，綜合考慮粘度及氣化效率要求，水煤漿中200目以下粒子占50%的是最合適的。

2.3 多級級配

根據以上研究結果，我們用羊場灣礦煤制備了高濃度的水煤漿，保持濃度在65%，添加劑摻量在1%，將200目以下細粒子的含量固定在50%，改變其它粒度（80～200 目，60～80目，35～60目）含量時，水煤漿的性能變化規律見表3。

表3 多級級配水煤漿的粘度Tab.3 Viscosity of CWS of different sizes

由表3可見，在高濃度下，多級級配中有5種級配方案都達到了粘度＜1500MPa·s的德士古氣化爐粘度要求，其中當 W200目以下∶W80～200目∶W60～80目∶W35～60目=5∶2∶1∶2 時，水煤漿的粘度最低，可以減少泵送、霧化能耗，提高氣化效率，是最佳級配方案。

3 結論

對于寧東甲醇廠德士古水煤漿加壓氣化工藝，采用羊場灣礦煤制備的水煤漿，濃度相同時，煤的粒度越小漿體的粘度越高，穩定性越好。采用不同煤粒度級配的水煤漿其性能差異較大，合理的顆粒級配可使水煤漿粘度降低，流動性增強，經研究發現，最佳級配為 W200目以下∶W80～200目∶W60～80目∶W35～60目=5∶2∶1∶2，此時，粘度為 756.7 MP·s，濃度為65%，完全滿足德士古爐對水煤漿的要求。

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